CN102477917B - 带有流体冷却装置的气缸盖和用于冷却气缸盖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有流体冷却装置的气缸盖(1)和用于冷却该气缸盖(1)的方法。所述气缸盖(1)具有冷却剂套(2)，在该冷却剂套(2)中，冷却剂在主流动路径(3)中从冷却剂入口(4)流动至冷却剂出口(5)。所述冷却剂套在冷却剂入口(4)与冷却剂出口(5)之间通过若干通向内燃机气缸的通道中断。在第一通道(7)的流动阴影区中设有第二通道(8)。所述气缸盖(1)在所述冷却剂套(2)中具有形成流动横截面的收缩部(10)的导流壁(9)和折流板(11)，所述折流板(11)沿主流动路径方向布置在所述导流壁(9)的下游，并且其中，所述折流板(11)设计用于使冷却支流(12)沿横向于所述主流动路径(3)的流动方向朝第二通道(8)偏转。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有流体冷却装置的气缸盖以及一种用于冷却该气缸盖的方法。该气缸盖具有流体套，在该流体套中，冷却剂在主流动路径中从冷却剂入口流到冷却剂出口。在冷却剂入口和冷却剂出口之间，通过通向内燃机气缸的通道中断所述流体套。在第一通道的流动阴影区()中设有第二通道。
背景技术
由于该流动阴影区，第二通道不会与第一通道那样被强烈地冷却。在此规定，在通向气缸的第一通道中设有被流体套完全冷却的喷嘴。而在第二通道中设有点火装置，现在，该点火装置在相对凸轮轴平行布置时在喷嘴的流动阴影区中受到增大的温度负载。火花塞温度的升高会导致内燃机的预点火和爆燃。这尤其在进气增压的发动机中是不利的，因为燃烧室压力和燃烧室温度显然与最大的扭矩有关。
火花塞的高温增大了机械故障的可能性。此外，在直接和中央喷射的、带有纵流式流体冷却装置的内燃机中，喷嘴或喷射器遭受燃烧室极高的温度。在中央喷射器中，喷射顶端的温度相比侧边的喷射器装置上升的温度达15℃。因此也增大了喷嘴上有害的燃料沉积物的危险。
由专利文献US 6,827,049 B2公开了一种带有排出气缸废气的排气弯管-出口的水套，其中，该水套具有上部水路、中部水路和下部水路。水套的下部水路具有隔离的区域，该隔离区域迫使冷却流体流动经过中部水路。因此由该专利文献已知，可以通过合适的措施和水套的造型迫使冷却剂流更强烈地冷却热临界区域。
发明内容
本发明的一种实施形式所要解决的技术问题是，提供一种带有流体冷却装置的气缸盖，在该气缸盖中，热临界区域内的冷却得以改善。
该技术问题通过一种带有流体冷却装置的气缸盖以及一种带有该气缸盖的内燃机解决。
在带有流体冷却装置的气缸盖的一种实施形式中，该气缸盖具有流体套，在该流体套中冷却剂在主流动路径中从冷却剂入口流动至冷却剂出口。在冷却剂入口和冷却剂出口之间，通过若干通向内燃机气缸的通道中断流体套。在第一通道的流动阴影区中设有第二通道。气缸盖在流体套中具有形成流动横截面的收缩部的导流壁和折流板，该折流板沿主流动路径方向布置在导流壁下游。折流板设计用于使冷却支流沿横向于主流动路径的流动方向朝第二通道偏转。
通过冷却剂套的这种设计，以有利的方式补偿第二通道由于其在冷却剂流中的位置，亦即在第一通道的流动阴影区中的位置导致的减弱的冷却，并且还实现足够程度地冷却第二通道并且防止温度过高，使得既不会出现发动机的预点火也不会出现爆燃。在实际使用中，支流的脉冲或冲量针对性地指向后来装入的火花塞，并且明显提高了火花塞区域内的导热性。
还通过采用可以由导流壁构成的喷嘴状连续缩窄的收缩部以及通过在收缩部之后扩宽流动横截面，可以将冷却剂流明显地加速成冷却剂射束，该冷却剂射束碰到起折流板作用的壁上，并且所述起折流板作用的壁设计成，使得冷却支流横向于主流动路径的方向偏转，并且部分还具有逆着主流动方向的分量，因此由第一和第二通道前后相继地布置造成的减弱的冷却效果和与此相关的流动阴影区几乎可以被消除。至少可以在实验中实现，第二通道区域内的温度相对不这样构造的流体套明显下降15℃。
在此，在另一种结构方案中，第一通道可以形成通向气缸之一的喷嘴通道和/或第二通道形成通向气缸之一的点火通道。由于流体套上述的构造，在上述的实验中可以实现，位于点火通道中的火花塞现在被充分地冷却并且不再出现故障。
为了获得在主流动路径中转向为横流的冷却支流中的冷却流体的加速效果，在另一种结构方案中也可以将导流壁设计成在流体套与第二通道之间沿主流动路径的流动方向定向的隔板。因此，横截面的收缩部例如可以在该区域内缩窄至少两倍，并且在导流壁之后再次朝折流板扩宽。此外，在另一种结构方案中可以附加地规定，内燃机的每个气缸在气缸盖中具有用于进气阀的第三通道和用于排气阀的第四通道。
每个气缸的用于进气阀、排气阀、火花塞和喷嘴的四个通道前后相继地布置成两排，其中，主流动路径被分成三条横截面几乎相等的冷却支流，亦即，一条在两排通道之间的中间冷却流路径和两条在流体套的外壁与通道的边界壁之间的外部冷却流路径。其中，使用一条外部冷却流路径比迄今更强烈地冷却布置在下游的第二通道。这种气缸盖优选用于汽车中的内燃机。
用于冷却内燃机的气缸盖的方法具有以下步骤。首先,将冷却流体输送给气缸盖的冷却剂入口。在此,形成有从冷却剂入口到冷却剂出口的主流动路径。该主流动路径被一些穿过气缸盖通向内燃机的气缸的通道分成多条冷却支流。通过导流壁实现冷却支流在第二通道旁的流动横截面收缩部，该第二通道布置在第一通道下游的流动阴影区中。然后，沿流动方向在导流壁之后扩宽流动横截面，并且在折流板上横向于主流动路径偏转冷却支流的冷却流，使其流向第二通道。该方法具有这样的优点，即，现在第二通道也受到足够的环流和冷却。
在此，冷却支流在导流壁区域内的流动速度由于流动横截面的收缩而被提高，因此冷却剂射束以提高的流动速度从导流壁的末端撞击到折流板上。通过冷却支流部分向后指向的、在折流板处偏转的冷却剂流动分量更强烈地冷却布置在第一通道下游的第二通道。
导流壁、横截面的收缩、横截面的扩宽和在折流壁或折流板处的偏转形成射束的相互协同作用也可以看作叶片效应(如在透平叶片上出现的那样)。在此，所有流动或主流动路径的脉冲或冲量在这种情况下指向火花塞并且明显提高火花塞区域内的导热性。通过针对性的冷却流体套结构结合相应的密封过渡部位的构造致使在气缸盖流体套中恰当的流动分布。
附图说明
现在参照附图详细说明本发明主题的实施方式。
图1是四缸内燃机的汽缸盖的冷却剂套的示意图，
图2是按图1的冷却剂套在其中设有火花塞的、通向气缸的通道区域内的局部放大截面图。
具体实施方式
图1是内燃机的气缸盖1的冷却剂套2的示意图，该内燃机具有四个气缸区域I、II、III和IV。在冷却剂套2中设有各四个通向四个气缸区域的通道6，其中，第一通道7容纳喷嘴，并且沿流动方向布置在第一通道7后面的第二通道8具有火花塞装置，其中，四个气缸区域I至IV的通道7和8具有带有通入各气缸的进气阀的第三通道16和带有从各气缸中排气的排气阀的第四通道17。冷却剂套2由外壁18和19限定。
第三和第四通道16和17同样前后相继地布置并且在冷却剂套2中形成第二列通道。冷却剂套2具有冷却剂入口4和冷却剂出口5。主流动路径3从冷却剂入口4流向冷却剂出口5并且被两列通道分成三条冷却支流。中间的冷却支流13、从第一和第二通道7和8旁边流过的外部冷却支流12以及从第三通道16和第四通道17旁边流过的另一个外部冷却支流14。
图2示出了按图1的冷却剂套2在通向气缸的第二通道8区域内放大的局部截面图D，其中，在通道8中设有火花塞。该局部截面图D示出由冷却剂套2的外壁18和在当前情况下是通道8的壁限定的外部冷却支流12。在此处示出的局部截面D中，冷却剂套12的外壁18设置在边界面15的范围内，并且通道8的边界壁21设计成导流壁9，该导流壁使得用于外部冷却支流12的横截面收缩，直至收缩部10。在收缩部10之后，由于横截面的突然扩宽产生喷嘴效应，因此速度增大的冷却剂以冷却剂射束20的形式从收缩部10撞击到与起喷嘴作用的收缩部10相对置的壁区段22上。
该壁区段22像折流板11一样作用，并且使冷却支流12偏转，以便冷却支流12的分量部分横向于主流方向A沿箭头方向B流动并且部分以一流动分量逆着主流方向A沿箭头方向C流动，并因此更强烈地冷却其中设有火花塞的通道8。在收缩部10之前，外部冷却支流12的一部分就已经被沿箭头方向E偏转，因此这部分冷却剂流经冷却剂套2在第一通道与第二通道8之间的区域，因为该部分冷却剂还沿箭头E横向于沿箭头A的主冷却流路径流动。
附图标记清单
1 气缸盖
2 冷却剂套
3 主流动路径
4 冷却剂入口
5 冷却剂出口
6 通道
7 第一通道
8 第二通道
9 导流壁
10 流动横截面的收缩部
11 折流板
12 冷却支流
13 中间冷却支流
14 外部冷却支流
15 边界面
16 第三通道
17 第四通道
18 冷却剂套的外壁
19 冷却剂套的外壁
20 冷却剂射束
21 边界壁
22 壁区段
I至IV 气缸区域
A 主流动方向
B 箭头方向
C 箭头方向
D 图1中的局部截面
E 箭头方向
Claims (11)
1.一种带有流体冷却装置的气缸盖，其中，
-所述气缸盖(1)具有流体套(2)，
-所述流体套(2)具有冷却剂入口(4)和冷却剂出口(5)，因此冷却剂能够在主流动路径(3)中从所述冷却剂入口(4)流到所述冷却剂出口(5)，
-所述流体套(2)在所述冷却剂入口(4)和所述冷却剂出口(5)之间通过若干通向内燃机气缸的通道(6)中断，
-在第一通道(7)的流动阴影区中设有第二通道(8)，并且其中，所述气缸盖(1)在所述流体套(2)中具有形成流动横截面的收缩部(10)的导流壁(9)和折流板(11)，所述折流板(11)沿主流动路径(3)的方向布置在所述导流壁(9)的下游，并且其中，所述折流板(11)设计用于使冷却支流(12)沿横向于所述主流动路径(3)的流动方向朝所述第二通道(8)偏转。
2.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述第一通道(7)形成通向所述气缸之一的喷嘴通道。
3.如权利要求1或2所述的气缸盖，其特征在于，所述第二通道(8)形成通向所述气缸之一的点火通道。
4.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述导流壁(9)是在所述流体套(2)和所述第二通道(8)之间的、沿所述主流动路径(3)的流动方向定向的隔板。
5.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述流动横截面在所述导流壁(9)之后朝所述折流板(11)扩宽。
6.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述气缸盖(1)在所述第一通道(7)中具有喷嘴装置。
7.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述气缸盖(1)在第二通道(8)中具有火花塞装置。
8.一种具有如权利要求1至7之一所述的气缸盖(1)的内燃机。
9.如权利要求8所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机的每个气缸在所述气缸盖(1)中具有用于进气阀的第三通道(16)和用于排气阀的第四通道(17)。
10.如权利要求9所述的内燃机，其特征在于，所述四个通道(7、8、16、17)布置成两列，并且所述主流动路径(3)被分成三条横截面几乎相等的冷却支流(12、13、14)，亦即，一条在两列通道之间的中间冷却流路径(13)和两条在所述流体套(2)的外壁(18、19)与所述四个通道(7、8、16、17)的边界壁(21)之间的外部冷却流路径(12、14)。
11.一带有内燃机的汽车，该内燃机具有如权利要求1至7之一所述的气缸盖(1)。
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